Analyse des Energie-Autarkiegrades unterschiedlich großer

Programm Lebensgrundlage Umwelt
und ihre Sicherung (BWPLUS)
Zwischenbericht anlässlich des Statuskolloquiums
Umweltforschung Baden-Württemberg 2015
am 24. und 25. Februar 2015
im Haus der Wirtschaft Karlsruhe
Analyse des Energie-Autarkiegrades unterschiedlich
großer Bilanzräume mittels integrierter
Energiesystemmodellierung
von
Tomaschek, J.; Fahl, U.; Brodecki, L.; Gutekunst, F.; Siebenlist,
A., Baumann, M.; Graf, R.; Hauser, W., Sonnberger, M.
Universität Stuttgart
Pfenning, U.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
in der Helmholtz Gemeinschaft (DLR), Stuttgart
Förderkennzeichen: BWE 13033 + BWE 13034
Die Arbeiten des Programms Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherung werden
mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg gefördert
Analyse
des
Energie-Autarkiegrades
unterschiedlich
Bilanzräume mittels integrierter Energiesystemmodellierung
großer
Tomaschek, J.; Fahl, U.; Brodecki, L.; Gutekunst, F.; Siebenlist, A., Baumann, M.; Graf, R.; Hauser,
W., Sonnberger, M.
Universität Stuttgart
Pfenning, U.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtz Gemeinschaft (DLR), Stuttgart
Zusammenfassung
Die unterschiedlichen Möglichkeiten zur Nutzung erneuerbarer Energien, zur Energieeinsparung
und zur Emissionsminderung von Kommunen, Regionen, aber auch Bundesländern lassen sich
unter dem Schlagwort der „Energie-Autarkie“ bündeln. Ein wichtiger Punkt ist hierbei, inwieweit
dieser sozio-ökologische Wert auch ökonomisch tragfähig ist. Ebenso herausfordernd ist die
sozio-technische Umsetzung der Energie-Autarkie, d. h. die Auswahl und Kombination von
Technologien zur Energieerzeugung, zu Speicherkapazitäten, zum Verteilnetz sowie zur
rationellen Energieanwendung in den Anwendungssektoren. Es wird am Beispiel des
Bilanzraumes einer Beispielkommune sowie für das Bundesland Baden-Württemberg als
größeren Bilanzraum mittels einer integrierten Energiesystemmodellierung der Frage
nachgegangen, wie sich unterschiedliche Energie-Autarkiegrade auf das Energieverbrauchsniveau und seine Struktur, die Ausgestaltung der notwendigen Infrastruktur
(Speicher, Netze usw.), die Treibhausgasemissionen und die wirtschaftlichen Belastungen der
Bilanzräume auswirken. Damit soll aufgezeigt werden, ob Autarkie im Energiebereich auf der
Ebene einer Kommune, eines Bundeslandes sinnvoll bzw. möglich ist, welche SpeicherDimensionen und -Technologien dazu in welchen Bereichen möglich sind, wie derartige
Versorgungsstrukturen von der Bevölkerung akzeptiert werden.
Ziel ist es, aus den Ergebnissen des Vorhabens Rückschlüsse für die baden-württembergische
Energiepolitik zu ziehen sowie Empfehlungen für die baden-württembergische Energiewirtschaft
abzuleiten. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Frage, wie der Begriff der Energie-Autarkie
zu verstehen ist und welche Konsequenzen für Baden-Württemberg mit der Umsetzung dieses
Konzeptes einhergehen würden. Im Rahmen des Projektes wurden bereits die fundamentalen
Daten sowie eine Gebäudetypologie für die Energiesystemmodellierung erstellt. Zudem wurde
für die Netzanalyse ein Modell des bestehenden Mittelspannungsnetzes erstellt, das dieses
abbildet, parametrisiert und untersucht. Weiterhin wurde innerhalb einer ausgedehnten
Literaturstudie der Begriff der Energieautarkie detailliert analysiert und diese durch Interviews
mit den zentralen Stakeholdern in Baden-Württemberg aus dem Bereich der Energiewirtschaft
ergänzt. Zudem wurde eine genaue Technologiecharakterisierung dazu verwendet die
Rahmendaten für die Aufstellung einer ökobilanziellen Untersuchung zusammenzutragen. In
einem weiteren Schritt wurden die soziologischen Aspekte hinsichtlich der Akzeptanz innerhalb
der Bevölkerung für eine Autarkiebestrebung untersucht. Hierzu wurde eine Bürgerumfrage
gestartet und weitere Presse- und Öffentlichkeitsarbeit geleistet. Die einzelnen Ansätze zur
Umsetzung des Projektes und deren Zwischenstand werden im Folgenden kurz dargestellt.
Analysis of energy autarky levels for different system boundaries by
using an integrated energy system model approach
Tomaschek, J.; Fahl, U.; Brodecki, L.; Gutekunst, F.; Siebenlist, A., Baumann, M.; Graf, R.; Hauser,
W., Sonnberger, M.
Universität Stuttgart
Pfenning, U.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt in der Helmholtz Gemeinschaft (DLR), Stuttgart
Abstract
The different aspects for the utilization of renewable energies, energy savings and emission
reduction measures in small municipalities and whole states can be bundled under the keyword
“energy-autarky” or energy self-sufficiency. An important aspect in this matter is to what extent
this new socio-ecological value is conformable in an economical context: a key factor for its
acceptance among the local population. Equally challenging is the socio-technical
implementation of energy-autarky, i.e. the selection and combination of technologies for energy
conversion, storage, distribution and for rational use of energy in the considered sectors. With
the examples of a sample municipality set for system boundaries as well as the state BadenWürttemberg representing a large system in an integrated energy system model the following
question is addressed: how do different degrees of energy-autarky affect energy consumption
levels and its structure, the development of necessary infrastructure (storages, networks etc.),
greenhouse gas emissions and the economic burden in respective systems. This is to show
whether energy-autarky in the energy sector at the level of a municipality or a state is
reasonable and feasible. In consequence it is to be shown, which storage dimensions and
technologies are suitable and how such energy infrastructures are tolerated and accepted by the
citizens. Furthermore, it is to be analyzed if such a development towards a local optimum (e.g.
on municipality level) is consistent with aspirations of reaching a regional optimum (e.g. BadenWuerttemberg).
The goal of the project is to draw conclusions from the results for the energy policy of BadenWuerttemberg and also to derive recommendations for the energy industry. A main focus of
attention lies on the question how the concept of energy-autarky should be understood and
which consequences for the state Baden-Wuerttemberg can follow with the implementation of
this idea. Within the framework of the project the fundamental data has been acquired as well
as a building typology for an energy system modeling have been developed. In addition, a model
of the existing medium voltage network has been created, for analysis parameterized and
examined. Furthermore, the term energy-autarky has been analyzed in detail within an
extensive literature study and was amended by interviews of central stakeholders within the
energy industry in Baden-Württemberg. In addition, accurate technology characterizations were
applied as a framework for life cycle assessment studies. A further step was the analysis of
sociological aspects in terms of acceptance within the population for the topic of energyautarky. The different approaches for the realization of the project and their intermediate state
are briefly described below.
Energie-Autarkie
1
Arbeitsprogramm
Die Energiewende kann interpretiert werden als ein langfristiger politischer Auftrag an die
Wissenschaft die Nutzung erneuerbarer Energien zu optimieren. Der abstrakte Systemcharakter aus
Erzeugung, Verteilung und Speicherung, gerade aufgrund der volatilen und fluktuierenden
Stromerzeugung, war zu Beginn der Energiewende nicht im Fokus der Politik als Auftraggeber der
Energiewende. Ebenso wurden Belange der Wärmeversorgung und Mobilität zunächst weitgehend
ausgeblendet, sowie sozio-technische und vor allem gesellschaftsorientierte Aspekte der
Energiewende vernachlässigt. In der Konsequenz führen diese Entwicklungen zur Forderung einer
soziologischen Systemanalyse zur Energiewende, um die Technologien auf Akzeptanz, Umsetzung,
Systemintegration und Unterstützung durch die Bürgerschaft abzustimmen.
Im vorliegenden Projekt wird ein interdisziplinärer Lösungspfad beschritten unter Einbeziehung von
Ingenieur-, wirtschafts-, naturwissenschaftlicher und sozialwissenschaftlicher Kompetenz. Die
technische Kompetenz beinhaltet Simulationen und Szenarien zu den drei Kernbereichen der
Energiewende: Wärme, Strom und Mobilität im privaten, industriellen und gewerblichen Sektor.
Hierzu gilt es komplexe Simulationsmodelle auf Basis vorhandener erprobter Simulationssysteme
weiter zu entwickeln und informationstechnisch miteinander zu einem modularen Modellverbund
über die Institutsgrenzen hinweg in Verbindung zu bringen. Hinzu kommen soziale Szenarien
(Partizipation) auf Basis von Bürgerumfragen, Stakeholderbefragungen und Diskursverfahren und formaten (z. B. Bürgergutachten). Abgebildet werden soll dadurch das prototypische Energieverhalten und die Energienutzung, die Bereitschaft zur Handlungsänderung und dafür subjektiv als wichtig
definierte gesellschaftliche Rahmenbedingungen sowie die Akzeptanz verschiedener Technologien.
Die Einschätzung relevanter Parameter und der Tendenz zu deren Veränderung soll wiederum
mittels der Cross-Impact-Bilanzanalyse geleistet werden, u. a. durch Expertenbefragungen. Diese
Vorgehensweise soll die Komplexität des modularen Modellverbundes reduzieren und pragmatisch
auf als wissenschaftlich realistisch empfundene Optionen eingrenzen.
Zur Umsetzung dieses Ansatzes gliedert sich das Projekt in sieben Arbeitspakete, die in der Abbildung
mit ihren Verbindungen dargestellt sind.
1.2 BaWü
1.1 Beispiele
1.3 Metzingen
AP3
AP4
Technologien
Modellierung
AP5 Integration
5.1 CI-Methode
5.3 BaWü
5.2 Metzingen
AP7 Empfehlungen: Implementierung und Transfer
AP6 Partizipation und Akzeptanz
AP2 Messkonzepte für den Energie-Autarkiegrad
AP1 Ist-Situation
Energie-Autarkie
2
ZIRIUS – Wolfgang Hauser, Marco Sonnenberger
Am Zentrum für Interdisziplinäre Risiko- und Innovationsforschung der Universität Stuttgart (ZIRIUS)
wurden im Rahmen des Berichtzeitraumes drei Aufgaben bearbeitet:



Literaturstudie zum Thema Energieautarkie (AP1)
Experteninterviews mit Stakeholdern (AP1)
Szenarioerstellung (AP5/AP6)
Literaturstudie
Die Literaturstudie bezieht ihr Datenmaterial aus unterschiedlichen Quellen. Dabei zeigte sich schon
früh bei der Recherche, dass zwischen Autonomie und Autarkie nicht stringent unterschieden wird.
Daher wurden beide Schlagwörter zur Recherche verwendet. Konkret wurden für die Literaturstudie
folgende Quellen herangezogen:




An der Universitätsbibliothek Stuttgart verfügbare Fachzeitschriften ab 1990 zum Thema
Energie (84) wurden mit den Schlagwörtern durchsucht.
Bislang unbekannte, in den Artikeln verwendete und für die Forschungsfragen als interessant
erscheinende Quellen wurden recherchiert, gesichtet und ggf. ausgewertet, um v. a. auch
graue Literatur (z. B. Arbeitsberichte, Machbarkeitsstudien) in die Literaturstudie integrieren
zu können.
Im Karlsruher virtuellen Katalog wurden mit den Suchbegriffen Buchpublikationen
recherchiert, gesichtet und ausgewertet.
Mit Hilfe einer Internet-Suchmaschine wurde weiteres Datenmaterial recherchiert, das mit
den oben genannten Suchstrategien noch nicht erfasst worden war.
Die erfassten Publikationen wurden gesichtet und inhaltlich ausgewertet, um den aktuellen Stand
der Diskussion zusammenzufassen. Auffallend war dabei u. a., dass auch in der wissenschaftlichen
Diskussion sehr unpräzise mit den Begriffen umgegangen wird: zum einen wird die Energieautarkie
nicht von der Energieautonomie abgegrenzt, sondern eher synonym gebraucht, zum anderen werden
aber auch beide Begriffe bei Verwendung nicht hinreichend in Bezug auf die Systemgrenzen und die
zu berücksichtigenden Energieflüsse definiert. Zusätzlich wird die Unterscheidung zwischen den
Varianten der lastgerechten und bilanziellen Autarkie häufig nicht deutlich genug dargestellt. In
ersterer darf Energie zu keiner Zeit von außen über die Systemgrenzen hineingetragen werden.
Wohingegen die bilanzielle Autarkie einen bilateralen Energieaustausch über die Systemgrenze
hinweg erlaubt aber die Bilanz über für definierte Ströme im Betrachtungszeitraum nicht negativ sein
darf. Überdies würde festgestellt, dass der Reichweite des Autarkie-Begriffs in der Literatur
unterschiedlich weit gefasst wird. So ist zumeist nur die Versorgung mit Wärme und/oder Strom
gemeint, wenn von Autarkie gesprochen wird. Seltener wird der, nicht weniger wichtige, Aspekt des
Energieverbrauchs der Mobilität (Treibstoffe) in eine Autarkiebetrachtung mit eingeschlossen.
Denkbar ist überdies eine noch weiterfassende Betrachtung der Autarkie unter Einbeziehung von
Rohstoff- und Energieeinsatz („Stichwort: „graue Energie“) zur Bereitstellung von Technologien. Die
Ergebnisse der Literaturanalyse wurden in einem Artikel zusammengefasst, der sich gerade in der
Endredaktion befindet und voraussichtlich in der Zeitschrift für Energiewirtschaft erscheinen wird.
Experteninteviews mit Stakeholdern
Ziel der Stakeholderinterviews war es, einen Einblick in die Einschätzung unterschiedlicher zentraler
Akteure in Baden-Württemberg zur Energieautarkie zu erhalten. Dazu wurden zwischen Mai und
August 2014 neun Interviews geführt mit Vertretern der Landesgruppen einschlägiger Verbände aus
den Bereichen Energiewirtschaft und Umweltschutz, entsprechender Landesbehörden, kleinerer und
größerer Energieversorger sowie eines Bioenergiedorfes. Die Interviewdurchführung orientierte sich
Energie-Autarkie
3
an der offenen Variante der 3CM Methode (Conceptual Content Cognitive Map) zur strukturierten
Erhebung kognitiver Repräsentationen eines bestimmten sozialen, technischen und/oder natürlichen
Phänomens bei Individuen bzw. Stakeholdern [1, 2, 3]. Bei einem kleinen Sample und explorativem
Vorgehen bietet sich die Erhebung im Rahmen eines teilstrukturierten Interviews an. Die 3CM
Methode besteht dabei aus den folgenden drei Schritten:
1. Offene Themendarstellung: Der Interviewer fordert den Befragten mittels einer möglichst
offenen Eingangsfrage auf, seine Perspektive auf das Thema darzulegen.
2. Sammlung zentraler Aspekte: Der Interviewer notiert währenddessen die zentralen Aspekte
auf Kärtchen. Er präsentiert diese dem Befragten und bittet ihn, ggf. weitere Kärtchen
hinzuzufügen, falls aus Sicht des Befragten noch weitere Aspekte fehlen.
3. Strukturierung der zentralen Aspekte: Im letzten Schritt bittet der Interviewer den Befragten,
die Aspekte zu gruppieren (und ggf. Gruppenbezeichnung zu vergeben) und in Beziehung
zueinander zu setzen, bis sich ein umfassendes Bild dessen Sichtweise auf das entsprechende
Thema ergibt. Der Befragte soll dabei die Anordnung der Kärtchen fortlaufend
kommentieren, sodass seine Gedankengänge nachvollziehbar werden.
Mit Hilfe der 3CM Methode wurden die mentalen Modelle der Interviewten hinsichtlich
Energieautarkie erhoben und visuell dargestellt, sodass ein umfassendes und valides Bild deren
Sichtweise auf das Thema gewonnen werden konnte. Die Ergebnisse wurden in einem Artikel
zusammengefasst. Es zeigte sich, dass der Begriff der Energieautarkie uneinheitlich verwendet wird
und nicht klar definiert erscheint. Es fällt schwer abzugrenzen, was gemeint ist, wenn von
Energieautarkie gesprochen wird und welche Systemgrenzen zu ziehen sind. Darüber hinaus sind die
Autarkiebestrebungen für keinen der Befragten ein zentrales Anliegen. Lastgerechte Autarkie wird
durchweg als nicht sinnvoll bzw. erstrebenswert erachtet. Bilanzgerechte Autarkie erscheint dagegen
in einem positiveren Licht. Sie stellt jedoch auch kein Primärziel dar. Manche Befragten betrachten
sie als positiven Nebeneffekt bei der Verwirklichung ihrer Ziele (z. B. Ausbau erneuerbarer Energien).
Ein weiteres Merkmal der bisherigen Auswertung ist die Erkenntnis, dass hinsichtlich der
Energieautarkiebemühungen kein zentraler Akteur existiert, den alle Befragten als treibende Kraft
identifizieren. Manche betrachten die Kommunen (Stichwort „Bioenergiedörfer“) und Stadtwerke als
zentrale Akteure, andere wollen diesen wiederum keine herausragende Rolle zugestehen. Allein die
politischen Institutionen, die für die politisch-regulatorische Rahmensetzung im Energiebereich
zuständig sind, werden von allen Befragten als zentrale Akteure betrachtet, obwohl diese selbst
keine Energieautarkieziele verfolgen. Sie sind jedoch entscheidend dafür, was im Energiebereich
wirtschaftlich darstellbar sowie erlaubt und damit letztendlich möglich ist.
Szenarioerstellung
Das Erstellen der Szenarien im Projekt erfolgt mit Hilfe der Methode der Cross-Impact-Bilanzanalyse
(CIB) [4]. Mit ihr werden in folgenden Schritten die Kontextszenarien für das Projekt erstellt:




Erstellung eines Katalogs möglicher kritischer Aspekte durch Literaturauswertung und
Experteninterviews.
Erstellung eines Katalogs relevanter gesellschaftlicher, politischer und technologischer
Entwicklungen und ihrer Unsicherheiten im betrachteten Zeithorizont über
Literaturauswertungen und Experteninterviews.
Aufarbeitung der Interdependenzen zwischen den identifizierten Faktoren in Form eines
qualitativen Wirkungsnetzes („Cross-Impact-Matrix“) mittels Experteninterviews und
-workshops.
Identifikation von konsistenten Kombinationen der möglichen Entwicklungen in den
verschiedenen Bereichen unter Verwendung der CIB. Ausarbeitung der konsistenten
Energie-Autarkie
4
Kombinationen zu mehreren Storylines, die zusammengenommen einen möglichen
Entwicklungsraum darstellen. Die Storylines werden in einem Validierungsworkshop mit den
Akteuren kritisch reflektiert und ggf. überarbeitet.
Für die Szenarioerstellung wurden bisher die ersten beiden Schritte bearbeitet und die durch die
Interviews identifizierten Stakeholder zu einem ersten Workshop eingeladen, in dem Sie die Auswahl
der verwendeten Faktoren mitbestimmen können. Als nächste Schritte folgen Anfang nächsten
Jahres die Bewertung der Interdependenzen zwischen diesen Faktoren und die Identifikation der
konsistenten Kombinationen, für welche dann die entsprechenden Storylines ausgearbeitet werden.
Die resultierenden Kontextszenarien dienen dann als Grundlage für die energiewirtschaftliche
Berechnung in den numerischen Modellen der Partnerinstitute [5, 6].
IER – Lukasz Brodecki, Jan Tomaschek, Ulrich Fahl
Das Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung der Universität Stuttgart (IER)
befasste sich im Rahmen des Berichtzeitraums mit der Erfassung des IST-Zustandes (AP 1) hinsichtlich
des Energiesystems der Untersuchungsregion Metzingen, der Erstellung einer Gebäudetypologie für
die Stadt Metzingen und mit der Entwicklung eines Energiesystemmodells (AP 4.2).
Ist-Zustand
Beginnend bei der Nachfrageseite wurden die sektorübergreifenden Energiebedarfe für die Untersuchungsregion ermittelt. Im Rahmen der Erstellung einer detaillierten Energiebilanz für Metzingen
wurde für das Jahr 2013 eine Energie- und CO2-Bilanz auf Basis von Sekundärinformationen
(Stadtwerke Metzingen, Landkreis Reutlingen, Stadt Metzingen, Statistisches Landesamt u. a.) sowie
von Primärerhebungen über Fragebögen. Die Nachfrage für Strom, Wärme und Mobilität wurde den
einzelnen Energieträgern Kohle, Heizöl, Erdgas, Strom und Kraftstoffen und den Sektoren Industrie,
Gewerbe/Handel/Dienstleistungen sowie private Haushalte, öffentliche Liegenschaften und Verkehr
zugeordnet und deren Emissionen bestimmt. Hierbei wurde die Fallunterscheidung zwischen einer
quellen- und einer verursacherbezogenen Emissionsbilanz unternommen [7, 8]. Im Falle der
Quellenbilanz werden die Emissionen betrachtet, die am Ort der Entstehung, d. h. am Standort der
Emissionsquelle (z. B. Standort des Verkehrsgeschehens) anfallen (siehe Abbildung 1 für Metzingen
und Abbildung 2 für Baden-Württemberg). Unberücksichtigt bleiben dabei die mit dem Importstrom
verbundenen Emissionen. Hingegen sind die Emissionen, die bei der Erzeugung von Strom für den
Export entstehen, in vollem Umfang einbezogen. Im Falle der Verursacherbilanz wurden hingegen
alle Emissionen den verursachenden bzw. verbrauchenden Sektoren zugerechnet.
Endenergiebedarf Metzingen
CO2-Emissionen Metzingen
Industrie
18.2%
28.3%
Gewerbe Handel
Dienstleistungen
19.9%
Kommunale
Liegenschaften
Private Haushalte
31.2%
2.5%
21.8%
19.0%
25.3%
31.3%
Verkehr
2.6%
Summe: 521.267,0 MWh
Summe: 169.415,3 t CO2
Abbildung 1: Anteile der quellenbezogenen Energie- und CO2-Bilanz in Metzingen im Jahr 2013
Energie-Autarkie
5
Endenergiebedarf BadenWürttemberg
CO2-Emissionen BadenWürttemberg
Industrie
22.6%
30.4%
Haushalte und GHD
26.5%
26.7%
Verkehr
Gewerbe Handel
Dienstleistungen
16.9%
Industrie
Private Haushalte
14.6%
Verkehr
30.1%
Summe: 285.059,4 GWh
Öffentliche
Wärmekraftwerke
32.2%
Summe: 65.845.000,0 t CO2
Abbildung 2: Anteile der quellenbezogenen Energie- und CO2-Bilanz in Baden-Württemberg im Jahr
2012
Gebäudetypologie
Zur Analyse des Gebäudebestandes in Metzingen und dessen Heizwärmebedarf dargestellt wurden
in einem ersten Schritt relevante Merkmale des Gebäudebestandes gewählt. Anhand dieser
charakteristischen Merkmale wurde der Gebäudebestand in einer Typologie geordnet und in einem
Geographischen Informationssystem (GIS) zusammengefasst. Hierbei kann die räumliche Verteilung
des Wärmebedarfs sowie bereits existierende Wärmequellen (Erzeugungsanlagen, Abwärme,
Nahwärmenetze) abgebildet werden. Die Gebäudetypologie beinhaltet dabei Wohn- sowie
Nichtwohngebäude. Der Bestand an Wohngebäuden ist durch eine Vielzahl verschiedener
Eigenschaften geprägt, wie z. B. Gebäudetyp, Baualter, Geschoßzahl, Sanierungszustand u. a. Anhand
dieser Merkmale konnten daraufhin mit Hilfe von Kennzahlen aus einer vorher durchgeführten
Literarturrecherche Rückschlüsse auf den flächenspezifischen Wärmebedarf eines Gebäudes gezogen
werden [9]. Hierbei wurde auch zwischen den einzelnen Anwendungen (Raumwärme, Warmwasser)
unterschieden. Kartographische Grundlagen, wie die Liegenschaftskataster sowie digitale Stadtpläne
der Stadt Metzingen, wurden von der Stadt Metzingen zur Verfügung gestellt. Momentan werden die
Ergebnisse für den Wohngebäudebestand, der ca. 80 % der Bebauung in Metzingen ausmacht,
finalisiert. Für die Ermittlung des Wärmebedarfs von allen Nicht-Wohngebäuden in Metzingen
werden in einem nächsten Schritt aufgrund der inhomogenen Struktur und geringen Vergleichbarkeit
mit Wohngebäuden Branchenkennzahlen, Beschäftigtenwerte und Realdaten angesetzt
(Abbildung 3).
Anzahl
Einfamilienhäuser
Gebäudetypologie
Nicht-Wohngebäude
Neugreuth
Anzahl
Zweifamilienhäuser
Wohngebäude
Glems
Anzahl kleiner
Mehrfamilienhäuser
Innenstadt
Abbildung 3: Klassifizierung der Gebäudestruktur in Metzingen
Anzahl großer
Mehrfamilienhäuser
Energie-Autarkie
6
Um die gewonnenen Ergebnisse raumbezogen darzustellen, wurde ein geografisches Informationssystem verwendet. Die räumliche Zuordnung des detaillierten Gebäudebestandes und somit des
Wärmebedarfs im GIS erlaubt eine spätere genaue Auflösung im Energiesystemmodell. Darüber
hinaus können den einzelnen Quartieren die Energieträger zur Bereitstellung der Wärme zugeordnet
werden. Eine beispielhafte Rastereinteilung und Auswertung des Wärmebedarfs eines Stadtteils von
Metzingen ist in Abbildung 4 gegeben. Die aufgestellte Gebäudetypologie kann anschließend zu
einem
sektorübergreifenden
Energiekataster
weiterentwickelt
werden.
So
können
Verbrauchsursachen genau analysiert und der Energiebedarf einzelner Liegenschaften gezielt
ausgewertet werden.
Abbildung 4: Rastereinteilung und Auswertung der Gebäudetypologie in Metzingen
Energiesystemmodellierung
Die aus der Energie- und CO2-Bilanz, sowie aus der Gebäudetypologie im GIS gewonnen Erkenntnisse
fließen anschließend in die Energiesystemmodellierung ein (AP 4.2). Für die Modellierung von
Energiesystemen oder auch nur Teilen davon hat sich das Programm TIMES (The Integrated Markal
Efom System) bewährt, das einen prozessanalytischen, dynamischen, optimierenden
Energiesystemmodellgenerator darstellt. Er wurde innerhalb einer Arbeitsgruppe des Energy
Technology Systems Analysis Programme (ETSAP) der Internationalen Energieagentur (IEA)
entwickelt [10, 11]. Mit der Hilfe von TIMES wird ein Energiesystem technologisch detailliert als ein
Netzwerk von Prozessen (z. B. Kraftwerkstypen, Verkehrstechnologien) und Gütern (Energieträgern, formen, Material) in Form eines sogenannten Referenzenergiesystems abgebildet. Durch Angabe von
Rahmenbedingungen lassen sich unterschiedliche Fragestellungen formulieren, wie die kostengünstigste Umsetzung von Autarkie-Zielen unter Einhaltung technischer und ökologischer Restriktionen.
Vorgegeben werden bei der Optimierung in der Regel der anfängliche Anlagenbestand, die
zukünftige Entwicklung der Einstandspreise und der Energienachfrage sowie die die Technologien
und Energieträger charakterisierenden Parameter. Als Ergebnis der Optimierung erhält man die Aus-
Energie-Autarkie
7
gestaltung des Technologiebestands, d. h. die Art und Umfang (Kapazitäten) der Technologien sowie
den benötigten Energieeinsatz, differenziert nach Energieträgern.
TIMES Local [12] stellt eine Anwendung des TIMES Modells mit dem Schwerpunkt auf der
Betrachtung von denjenigen Prozessen dar, die für ein Stadt- oder Quartiersmodell relevant sind. Die
Gewinnung und Verarbeitung von Rohstoffen, wie beispielsweise Kohle, Öl oder Erdgas ist für ein
solches Modell nicht in dem Maße relevant wie die vorhandenen Wärmebereitstellungstechnologien,
die für die Wärmeversorgung der Haushalte und sonstiger Verbraucher benötigt werden. Es wird
daher versucht, diejenigen Bestandteile des Modells genauer aufzulösen, die für die
Problemstellungen einer Stadt oder eines Quartiers vorliegen. Im Rahmen der Erstellung des
Stadtmodells für Metzingen wurde die räumliche Auflösung des Modells und die Ausgestaltung des
Referenzenergiesystems zur Abbildung der räumlichen Zusammenhänge weiterentwickelt. Für eine
räumlich hoch aufgelöste Betrachtung des Untersuchungsgebiets wurde zunächst eine Aufteilung des
Gebiets in Segmente vorgenommen, die im Modell Regionen entsprechen. Für jede dieser Regionen
wird in einem nächsten Schritt ein eigener Technologiesatz angelegt. Die spezifischen Charakteristika
jeder Region beziehen sich z. B. auf die unterschiedlichen Gebäudegrößen und die damit
verbundenen Anlagengrößen zur Wärmebereitstellung. Auch wird für jede Region eine eigene
Nachfrageentwicklung vorgesehen. Hierbei wurden bereits verschiedene Sanierungsmaßnahmen für
die einzelnen Gebäudetypen und deren energetischer Einfluss auf den Wärmebedarf erarbeitet, die
zurzeit in das Modell eingebracht werden. Der konzeptionelle Rahmen wurde durch die
umfangreiche Datenerhebung und den Aufbau der Datenbank in GIS weitestgehend aufgestellt und
wird nun im nächsten Schritt in das Modell eingearbeitet.
IFK – Florian Gutekunst, Andreas Siebenlist
Analyse des Mittelspannungsnetzes
Ein weiterer Baustein des Projektes ist die Analyse des Stromnetzes der Stadt Metzingen. Dieser
Baustein wird vom „Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik“ (ifk) der Universität Stuttgart
bearbeitet.
Die
Ergebnisse
der
Netzsimulation
werden
anschließend
in
das
Gesamtenergiesystemmodell (TIMES-Local) angebunden. Detaillierte Netzrestriktionen und Angaben
zu den elektrischen Betriebsmitteln fließen somit als Rahmenbedingungen in die Energiesystemmodellierung mit ein. Die für die Analyse notwendigen Daten werden von den Stadtwerken
Metzingen zu Verfügung gestellt oder entstammen eigenen Erhebungen. Das Netzgebiet umfasst
neben Metzingen auch die Ortsteile Glems und Neuhausen. Im Rahmen der Netzanalyse wird unter
Berücksichtigung der Spezifikationen der elektrischen Betriebsmittel ein Modell der
Mittelspannungsebene erstellt (siehe Abbildung 5).
Abbildung 5: Modell des 10 kV Stromnetzes in Metzingen
Energie-Autarkie
8
Grundlage der Netzanalyse ist eine Lastflussberechnung nach dem Newton-Raphson-Verfahren. Die
Lastflussberechnung ermöglicht die Bestimmung der Stromflüsse und Spannungsverhältnisse im
Netz. Hieraus ergeben sich die Leistungsflüsse über die Betriebsmittel. Im weiteren Projektverlauf
wird das Netzberechnungsprogramm zur Analyse verschiedener Ausbauszenarien der dezentralen
Energieversorgung herangezogen. Das Verfahren wird gemeinsam mit einer Visualisierung der
wesentlichen Ergebnisse in MATLAB implementiert.
Modellbildung und Parametrierung
Der Netzaufbau des in Abbildung 5 dargestellten 10 kV-Netzes ergibt sich aus einem schematischen
Netzschaltplan und der Lage der darin verzeichneten Ortsnetzstationen sowie den elektrischen
Spezifikationen der einzelnen Betriebsmittel. Jede Ortsnetzstation wird im Modell durch einen
Netzknoten auf der Mittelspannungsebene repräsentiert. Die an den einzelnen Netzknoten
auftretenden Lasten ergeben sich aus dem Strombezug bzw. der Einspeisung auf der unterlagerten
Netzebene (0,4 kV). Hierbei ist die Leistung von Stromerzeugung und –verbrauch
unterspannungsseitig, jeweils an einem eigenen Netzknoten, summarisch abgebildet. Zudem ist der
mögliche Einsatz eines Energiespeichers an jeder Ortsnetzstation vorgesehen. Somit werden jedem
Mittelspannungsnetzknoten drei Netzknoten auf der Unterspannungsseite zugewiesen. Die
Netzebenen sind im derzeitigen Modell an jeder Ortsnetzstation über einen standardisierten
Transformator gekoppelt. Da zu den tatsächlich im Netzgebiet auftretenden Leistungen derzeit keine
Daten vorliegen, werden erste Lastflussberechnungen mit einer Maximal- bzw. einer
Minimallastabschätzung durchgeführt. Angenommen wird hier im Maximallastfall eine Entnahme
von 10 MW und für den Minimallastfall eine Rückspeisung von 10 MW an der Übergabestelle zum
Hochspannungsnetz (110 kV). Diese Annahmen dienen lediglich zur Veranschaulichung der
prinzipiellen Funktionalität des Lastflussprogramms. Im weiteren Projektverlauf sollen detailliertere
Erhebungen eine realitätsnahe Abbildung der tatsächlichen Lastverhältnisse ermöglichen. Mit Hilfe
der Lastflussberechnung kann für diese Szenarien sowohl der Spannungsverlauf über die Leitungen
(siehe Abbildung 6) als auch die Auslastung der einzelnen Betriebsmittel (Leitungen und
Transformatoren - Abbildung 7) bestimmt werden.
Abbildung 6: Darstellung des Spannungsverlaufs bei Starklast (Beispiel – Netzausschnitt Metzingen)
Um thermische und mechanische Überlastungen der Betriebsmittel zu verhindern, sind
Betriebszustände zu vermeiden, in denen die maximal zulässige Spannungsabweichung oder
Energie-Autarkie
9
Stromflüsse überschritten werden. Auf Basis einer detaillierten Netzanalyse können die netzseitigen
Auswirkungen des Autarkiebestrebens quantifiziert dargestellt werden und anschließend als
Restriktionen in die Energiesystemmodellierung einfließen. Somit können Rückschlüsse auf den
Einfluss der Autarkie auf notwendige Ausbaumaßnahmen oder auf die Versorgungssicherheit
gezogen werden. Im weiteren Projektverlauf wird daher das Netzmodell mit plausiblen zukünftigen
Szenarien für Einspeisung und Verbrauch belastet, um mögliche Netzengpässe zu identifizieren. Der
momentane Schaltzustand des Netzes ist nicht bekannt, Anpassungen können aber im Netzmodell
ohne großen Aufwand vorgenommen werden.
Abbildung 7: Darstellung der Lastflüsse bei Starklast (Beispiel – Netzausschnitt Metzingen)
GABI – Michael Baumann, Roberta Graf
Die Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung (GaBi) des Lehrstuhls für Bauphysik der Universität Stuttgart
befasst mit der Untersuchung der Autarkie-Systeme aus ökologischer Perspektive. Ziel ist dabei
vorrangig die ökologische Bewertung der Technologieoptionen, welche in die im Projekt eingesetzten
Modellen (siehe IER und ifk) einfließen. Die ökologischen Auswirkungen der verschiedenen
untersuchten Technologieoptionen werden dabei in Anlehnung an die ISO 14040/14044 [13], [14]
mittels einer Ökobilanziellen Charakterisierung bewertet. Die Methode der Ökobilanz ermöglicht
eine systematische Analyse der Umweltwirkungen eines Produktes über seinen gesamten Lebensweg
[13]. Dies dient dazu die Stoffflüsse, die mit dem Einsatz der betrachteten Technologien einhergehen,
über die Bilanzgrenzen hinweg zu erfassen.
Technologiecharakterisierung
Zur Realisierung der ökobilanziellen Bewertung von Energietechnologien wird zunächst in der
verwendeten Methodik die Auswahl der zu berücksichtigen Technologien durchgeführt.
Anschließend folgt die Modellierung dieser, sowie die Integration der einzelnen Modelle in ein
generisches Systemmodell. In einer anschließenden Auswertung erfolgt eine Szenario-Analyse und
die Zusammenfassung der jeweiligen Technologien in Steckbriefe.
Energie-Autarkie
10
In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern IER, DLR, IFK und ZIRIUS wurde die Vorgehensweise bei
der Szenario-Analyse abgestimmt sowie die Schnittstellen zwischen den verschiedenen
Teilarbeitspaketen bestimmt. Abbildung 8 zeigt die entwickelten Modelle und Schnittstellen für die
Ökobilanzielle Betrachtung. Wichtig ist, dass die Erkenntnisse, die mittels der Ökobilanziellen
Charakterisierung gewonnen werden, AP 6 zur Partizipation von Praxispartnern und Stakeholdern zur
Verfügung gestellt werden. Notwendiger Schritt war daher eine Definition der
Informationsdarstellung. Die Abteilung GaBi hat demgemäß sogenannte Steckbriefe entwickelt.
Diese können zukünftig genutzt werden, um die Ergebnisse der ökobilanziellen Auswertung für
spezifische Techniken zu illustrieren.
Informationen
Auswahl
•
•
Technisch
Ökonomisch
Lokale Potenzialermittlung
• Baden-Württemberg
• Metzingen
Auswahl
Technologieoptionen
• Energiebereitstellung
z. B. Biogene Kraftstoffe
• Energiespeicherung
z. B. Power-to-Gas
• Endenergienutzung
z. B. Gebäudesanierung
Ökobilanz
Auswahl
Analyse der Umweltwirkungen über den gesamten
Lebensweges der Technologien
Informationen
Energie-Technologie-Akzeptanz (AP6)
Charakterisierung
Abbildung 8: Methode der Ökobilanzierung und Schnittstellen zu anderen Arbeitspaketen
Darüber hinaus wurde in Zusammenarbeit mit dem IER eine Auswahl der zu berücksichtigenden
Technologien getroffen und jeweils eine detaillierte Beschreibung erstellt. Dabei wurden lokale
Potenziale, soweit zum Entscheidungszeitpunkt bereits bekannt, als Entscheidungsgrundlage
hinzugezogen. Weitere Aspekte, die in den Entscheidungsprozess einflossen, waren technologische
Ausgereiftheit und somit Verfügbarkeit, Wirkungsgrade, Investitions- und Betriebskosten, Ausbaupotenziale und Größenordnungen. Ein Auszug dieser Technologiesammlung ist im Anhang in Tabelle
A - 1 dargestellt. Durch eine Rückspiegelung mit Stakeholdern der im Projekt beteiligten Stadt
Metzingen wurde die Auswahl weiterhin angepasst. Die identifizierten Technologien wurden in einer
Prioritätenliste kategorisiert. Die Aufstellung (siehe Tabelle A - 2) ist dynamisch und wird im Laufe
des Projektfortschritts kontinuierlich überprüft.
Ökobilanzielle Untersuchungen
Die Kategorisierung der ausgewählten Technologien ermöglicht die intensive Abstimmung der
Arbeiten zwischen dem IER und der Abt. GaBi. Momentan werden durch die Abteilung GaBi die
Modelle für die Technologien der Priorität 1 finalisiert. Die Ökobilanzielle Modellierung erfolgt dabei
mittels der Ökobilanzsoftware GaBi [15, 16]. Erste Ergebnisse für einzelne Technologien stehen
bereits zur Verfügung und wurden zum Beispiel beim Kongress Energie- und
Energiespeichertechnologien in Stuttgart vorgestellt. Parallel dazu erfolgt der Aufbau des
generischen Systemmodells. Im weiteren Projektfortschritt erfolgt der kontinuierliche Ausbau. Nach
Entwicklung von Autarkie-Szenarien in AP 6 können diese dann zukünftig auf ihre ökologischen
Auswirkungen hin überprüft werden. Als nächster Schritt erfolgt die nähere Untersuchung der mit
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Priorität 2 berücksichtigten Technologien, wobei die Auflistung vor Beginn der Arbeiten in einer
Abstimmungsrunde mit dem IER finalisiert und an den Erkenntnisstand aus AP 3.1 angepasst wird
[17]. Zusätzlich erfolgt eine ökobilanzielle Unterstützung des AP 5. Hier werden für AP 5.1.2
Fahrzeugkonzepte auf ihre ökologischen Wirkungen untersucht. Berücksichtigt werden sollen hierbei
Verkehrssysteme, die auch im Bereich der Mobilität einen Beitrag zur Energie-Autarkie leisten. Die
Festlegung der potenziellen Konzepte erfolgt hierbei wiederum unter Berücksichtigung lokaler
Gegebenheiten in Abstimmung mit dem IER. Dieser Abstimmungsprozess ist aktuell noch nicht
abgeschlossen [18, 19, 20].
DLR Stuttgart - Uwe Pfenning
Metzingen: Soziale Arena der Energieakteure
Den Prozess nachzuzeichnen, wie welche Zielvorstellungen für ein lokales integratives
Energieversorgungskonzept (Erzeugung, Verteilung, Speicherung für Strom, Wärme, Mobilität)
aufkamen, wird in einer Stakeholder-Analyse mit den Mitgliedern des lokalen Arbeitskreises Klima
und Energie (AKE) nachgegangen. Neben den Studien von ZIRIUS erfolgt hierbei auch eine OnlineErhebung bei allen Mitgliedern des AKE (n=30-35). Von Belang ist hierbei auch, inwieweit bei diesen
Akteuren die Überzeugung vorherrscht, die Bürgerschaft zu vertreten und welche Einflussmöglichkeiten auf die Politik bestehen im Sinne einer lokalen wissenschaftlichen Politikberatung. Die
Online-Erhebung findet im Dezember 2014 statt. Die Ergebnisse können mit dem Projekt
Energiegenossenschaften verknüpft werden (Prof. Herbes).
Bürgerumfrage als Bürgerbeteiligung
Bisherige Umfragen zur Energiewende bezogen sich ausschließlich auf Einstellungsdeterminanten
oder auf retrospektive und antizipierte Verhaltensweisen zum Umgang mit Energie („willingness to
pay“ u. v. a.). Die Idee, Bürgerumfragen auch zur Auswahl von Bürgerbeteiligungsformaten zu
nutzen, dient der Verfahrenslegitimation. Bürgerbeteiligung mit forscherseitig vorgegeben Formaten
birgt das Risiko einer Inakzeptanz der Formate, die Auswahl der Formate verringert dieses Risiko und
ist reflexiv. Diese Methode der Beteiligung an den Beteiligungsformaten hat sich bisher bewährt und
führt zur erhöhten Akzeptanz der Verfahren (BW-PLUS Projekt Lokale Energiezukunft RW-Hausen).
Diese Umfrage ist als Online-Tool konzipiert und wird bei Bedarf auch als Druckversion an
interessierte Bürger weitergeleitet. Die Umfrage startete im November 2014. Sie ist als Vollerhebung
vorgesehen. Der erwartete Rücklauf liegt bei 25-30 %.
Bürgerumfrage als Datenbasis für Simulationen
Die Bürgerumfragen dienen unter anderem zur Verbesserung der technischen Datenbasis der im
Projekt eingesetzten mathematischen Modelle. Dazu zählen Erhebungen der Gebäudetypologie nach
standardisierten Verbrauchswerten, Mobilitätsverhalten, bisherige Verhaltensweisen zum
Energiekonsum und antizipierte Verhaltensweisen zu Veränderungen nach bestimmten
Rahmenbedingungen. Diese Daten dienen den Projektpartnern IER, LBP und ifk als Input für
technische Simulationen.
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Flankierend zur Bürgerumfrage findet eine Öffentlichkeitsarbeit statt, deren Ziele a) die transparente
Darstellung des Zieles und Vorgehen bei der Bürgerumfrage ist, b) eine Detailinformation zu den zur
Auswahl stehenden Verfahren und c) Detailinformationen zu den EE-Technologien. Ergänzt werden
soll diese Kampagne durch persönlich-interaktive Berichterstattung via Interviews. Metaziel ist ein
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Agenda-Setting-Effekt des Forschungsvorhabens. Die Presseartikel wurden mit den Stadtwerken und
den Bürgermeister abgestimmt. Ausstehend sind Konsultationen mit dem Fraktionen im
Gemeinderat.
Schüler- und Jugendgutachten
Die Einbeziehung der nachfolgenden Generation in die heutigen Entscheidungen stößt auf sehr
breites Interesse, so dass das ursprünglich vorgesehene Schülergutachten zumindest durch ein
zusätzliches Jugendgutachten komplettiert werden kann. In Metzingen gibt es einen aktiven
Jugendgemeinderat, dessen Neuwahl im November 2014 erfolgte. Neben interessierten Schulen
kann dieser - auch mit Blick auf das letztlich angestrebte lokale Energieparlament - in die
Projektarbeiten als Jugendgutachten einbezogen werden. Dadurch eröffnet sich auch die Möglichkeit
eines der Schülergutachten auf Empfehlungen auf die schulische Vermittlung der Energiewende zu
setzen. Hier ergeben sich Synergie-Effekte mit einer laufenden DBU-Studie an der Universität
Stuttgart unter der Supervision des DLR und von Prof. Ortwin Renn, ZIRIUS. Die Gespräche mit den
Schulen laufen derzeit noch unter Einbindung des Kultusministeriums, was den Vorgang nicht
unbedingt vereinfacht.
Lokales Energieparlament
Dieses Moment des Projektes zielt auf die innovative Einführung eines beratenden Gremiums für die
langfristigen Planungen der Energiezukunft Metzingens. Angedacht ist, Vertreter aus den
Bürgergutachten, Schülergutachten, Jugendgutachten, Gemeinderat, AK Klima und Energie sowie der
Verwaltung und den Stadtwerken in einem organisierten Gremium als Modell für eine
Bürgerbeteiligung zusammenzubringen. Dieses soll sich von den bestehenden Gremien von
Stakeholder-Gruppen dadurch unterscheiden, dass über das Bürgergutachten und das
Schülergutachten hinaus auch „Normalbürger/innen“ einbezogen werden sollen. Dieses Modell soll
als Ernstcharakter konzipiert werden, d. h. a) Abhaltung turnusmäßiger Treffen, b)
Selbstverpflichtung der Stadtverwaltung, Empfehlungen und Stellungnahmen dieses Gremiums bei
Entscheidungen zur Energieversorgung einzuholen, c) Gewährung von Aufwandsentschädigungen
oder Berufung auf Zeit als Ehrenbeamte sowie d) Rückspiegelung der Ergebnisse der Beratungen
durch offizielle Bürgerversammlungen an die gesamte Bürgerschaft.
Evaluationsdesign und Erhebung
In einer (zweiten oder dritten) Bürgerumfrage sollen die Effekte dieses gesamten
Vermittlungskonzeptes evaluiert werden bzgl. Veränderungen in den Einstellungen, antizipierten
energiebezogenen Verhaltensweisen, ehrenamtliche Bereitschaft zur Mitwirkung in Gremien,
Akzeptanz und Verständnis Erneuerbarer Energie und zur Nachhaltigkeit.
Energie-Autarkie
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Literaturverzeichnis
[1] Kearney und Kaplan, „Toward a Methodology for the Measurement of Knowledge Structures of
Ordinary People: The Conceptual Content Cognitive Map (3CM),“ Environment and Behavior 29
(5), pp. 579-617, 1997.
[2] Weimer-Jehle, „Szenarienentwicklung mit der Cross-Impact-Bilanzanalyse,“ Paderborn,
Vorausschau und Technologieplanung, pp. 435-454.
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climate change research,“ Synthese, July 2014, Volume 191, Issue 10, pp. pp 2049-2088.
[4] Weimer-Jehle, „Cross-Impact Balances: A System-Theoretical Approach to Cross-Impact
Analysis,“ Technological Forecasting and Social Change, pp. 334-361, 2006.
[5] Weimer-Jehle und H. Kosow, „Gesellschaftliche Kontextszenarien als Ausgangspunkt für
modellgestützte Energieszenarien KIT Scientific Publishing, Karlsruhe,“ Energieszenarien Konstruktion, Bewertung und Wirkung. – „Anbieter“ und „Nachfrager“, pp. 53-65, 2011.
[6] Kosow, „Consistent context scenarios: A new approach to strory and simulation,“ in FutureOriented Technology Analysis, Seville, University of Stuttgart, 2011.
[7] Fahl et al., „Integrierter Energie- und Klimaschutzkonzept für die Region Neckar-Alb,“ Stuttgart,
2012.
[8] I. U. Stuttgart und H. f. F. Rottenburg, Integriertes Klimaschutz- und Energiekonzept, Rottenburg,
2010.
[9] Blesl, Kempe, Ohl, Fahl, König, Jenssen und Eltrop, „Wärmeatlas Baden-Württemberg Erstellung eines Leitfadens und Umsetzung für Modellregionen,“ Stuttgart, 2009.
[10] ETSAP und IEA, Energy Technology Systems Analysis Programme (ETSAP), Contributing to the
Kyoto Protocol, Summary of Annex VII (1999-2002), 2002.
[11] Remme, Goldstein, Schlenzig und Schellmann, „MESAP/-TIMES - Advanced decision support for
energy and environmental planning,“ in Operations Research Proceedings, Berlin, SpringerVerlag, 2001, pp. pp.59-66.
[12] Blesl et al., Verfahren zur Entwicklung einer digitalen Wärmebedarfskarte, Kurzbericht,
Frankfurt: AGFW, 2010.
[13] DIN EN ISO 14040, Umweltmanagement – Ökobilanz – Grundsätze und Rahmenbedingungen,
2006.
[14] DIN EN ISO 14044. Umweltmanagement – Ökobilanz – Anforderungen und Anleitungen, 2006.
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[15] PE-International, Universität Stuttgart und Lehrstuhl für Bauphysik, GaBi 6: Software-System und
Datenbanken zur Ganzheitlichen Bilanzierung, Stuttgart und Echterdingen , 2012.
[16] Baumann und Schuller, „Life Cycle Assessment and environmental comparison of electricity
generation from hydropower, considering technical and climate boundary conditions,“ Guilin,
2013.
[17] Lozanovski, Held und Sedlbauer, „Ökobilanz der Herstellung von Kupfer-Indium-GalliumDiselenid Photovoltaikmodulen,“ Universität Stuttgart / Lehrstuhl für Bauphysik, 2011.
[18] Held, Photovoltaik aus Sicht der Ökobilanz (Präsentation), Bauzentrum München, 2010.
[19] Held und Baumann, „Assessment of the environmental impacts of electric vehicle concepts
(Presentation),“ in Towards Life Cycle Sustainability Management, Dordrecht: Springer, 2011, p.
8 pp..
[20] Held und Ilg, „Update of environmental indicators and energy payback time of CdTe PV systems
in Europe.,“ in Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2011.
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Anhang
Tabelle A - 1: Auszug aus Technologieatlas
Technologie
Mini-/Mikro BHKW
http://www.bhkw-infothek.de/bhkw-anbieter-und-hersteller/mikrobhkw-ubersicht/
Quellen
Leistungsklasse
Wirkungsgrad
Investitionsund Betriebskosten
Ausbaupotential
Schwierigkeit
Allgemeine
Infos
http://www.heizungsfinder.de/bhkw/mikro-bhkw/preise
Leitstudie 2010, Anhang
Nano BHKW: Kleiner als 2,5 kWe. Mikro KWK: 2,5 kWe bis 10 kWe und 2-35 kWth.
Alles darüber bis 50 kWe sind Mini BHKW
Elektrisch zwischen 0,2-0,25 und gesamt etwa 0,8-0,9.
Investitionskosten schwanken sehr stark bei kleinen Anlagen. Zwischen
1500 €/kWe bis hin zu 6000 €/kWe. Andere Quellen nennen Werte zwischen 700015000 €/ kWe. Installationskosten sind hier häufig nicht inbegriffen. Ca. 3000 €
sollten für die Teile zur Anbindung an das Heizungssystem berechnet werden.
Wartungsintervalle betragen zwischen 6000 h und 10000 h und kosten in etwa
1500 €/pro Jahr pro Anlage.
Durch die Förderungsprogramme und die Einspeisemöglichkeit bieten sich hier
große Möglichkeiten bei Mehrfamilienhäusern. Bis 2020 von zurzeit 11 % eine
Ehrhöhung des durch mini/mikro-BHKWs dezentral erzeugten Stroms in
Deutschland auf 25 % erhöhen (Ziele des integrierten Energie-Klimaprogramms
IKEP)
Gasanschluss notwendig, diskrete Beladungsvorgänge z. B. bei Pflanzenöl, oft nur
in Kombination mit Wärmespeichern bzw. Wärmesenken sinnvoll.
Genaue Auflistung der Mini/Mikro BHKWs und deren Leistungen siehe Excel
Tabelle und Quelle oben
El. Wirkungsgrad %
Th. Wirkungsgrad %
Gesamtwirkungsgrad %
Typischer Wert für el. Wirkungsgrad
heute / (Zukunft)
Typischer Wert für th. Wirkungsgrad
heute / (Zukunft)
Lebensdauer Anlage
Betriebsbereich Teillast
Verfügbarkeit %
Typische Kapazität kWe (siehe
Herstellerliste)
Typische Kapazität kWth (siehe
Herstellerliste)
Investitionskosten €/KWel
Investitionskosten typischer Wert /
(Zukunft) €/kWe
O&M €/a
Mikro BHKW
20-25 %
63-56 %
75-90 %
22,5 % / (24 %)
Mini-/Mikro BHKW
Mini BHKW
22-30 %
63-56 %
75-90 %
28 % / (30 %)
60 % / (60 %)
58 % / (58 %)
20 Jahre
75-90 %
90
2,5-10
20 Jahre
75-90 %
90
10-50
5-20
20-100
4000-8000
6000 / (5500)
4000-6000
5000 / (4000)
1500
1500
Energie-Autarkie
Tabelle A - 2: Ergebnis der Technologieauswahl nach Prioritäten
Priorität
Technologie
• (Mini-)BHKW (Nahwärme)
• Bioenergie-KWK-Anlagen
(Abfall bzw. Biogas und Holz)
• Biogas (zunächst Abfallstoffe, Gülle, Grünschnitt etc.)  Strom und CH4
• Wind-Onshore-Anlagen
(2 MW)
• PV-Frei- und Dachflächenanlagen in unterschiedlichen Konzepten
• Solarthermie (Warmwasser, Heizung, Netznutzung )
• Solare Kühlung
1
• Geothermie (oberflächennah)
• Abwasser-Wärmepumpen
• Energiekonzept Kläranlage des Abwasserverbands Ermstal
• Klärschlammverwendung
• Wärmeverteilung, -speicherung
• Pumpspeicherkraftwerk Glems II
• Wasserkraftwerke Erms
• Gebäudesanierung, Sanierungskonzepte
• Solarthermie (Adsorptionskälteanlagen)
• Gasverteilung
2
• Power to Heat
• Stationäre Batterien (Lithium-Ionen, Redox-Flow)
• Haushaltsgeräte (Lastmanagement)
• Energiepflanzenanbau
• Power-to-Gas (BW-Ebene)
• Dampf- und Prozesswärmeerzeugung
3
• Gebäudeheizsysteme
• Stationäre Brennstoffzellen (BW-Ebene)
• Druckluftspeicher (BW-Ebene)
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